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摘要：采用脈沖電沉積技術在45＃鋼基體上制備Ni－mos2復合鍍層。研究了MoS2的質量濃度對鍍層形貌及結構的影響，并探討了MoS2的質量濃度和載荷對鍍層摩擦學性能的影響機制。結果表明：加入MoS2微粒后得到的鍍層與基體結合較好，鍍層厚度隨MoS2的質量濃度的增加而增大。當MoS2的質量濃度為4g／L時，鍍層厚度約為100μm，顯微硬度約為6070MPa。隨著MoS2的質量濃度的增加，鍍層的摩擦因數降低，而磨損率升高。當MoS2的質量濃度為4g／L時，鍍層的摩擦因數約為0．25，磨損率約為3．5×10－3mm3／（N•m）。

關鍵詞：脈沖電沉積；復合鍍層；表面形貌；摩擦磨損 

前言

利用脈沖電沉積技術將固體潤滑劑與鎳、鈷、鉻等硬質金屬共沉積得到的復合鍍層，具有較高的硬度和優良的耐磨性，在摩擦過程中起到抗磨及潤滑作用［1－3］。本文采用脈沖電沉積技術在45＃鋼基體表面制備Ni－MoS2復合鍍層。研究了MoS2的質量濃度對鍍層形貌及結構的影響，并探討了MoS2的質量濃度和載荷對鍍層摩擦學性能的影響機制。

1實驗

1．1基體預處理基體材料選用

調質的45＃鋼，線切割成直徑45mm、長4mm的圓盤狀試樣。選取圓形面作為施鍍面，先用金相砂紙打磨至表面粗糙度約為0．03μm，然后用除油溶液（NaOH50g／L，Na2CO360～80g／L）在50°C下除油20～30min，再用無水乙醇沖洗脫脂，水洗后采用質量分數為5％的鹽酸活化20～30s。

1．2鍍液組成及工藝條件

采用SMC－30S型雙脈沖電源。鍍液組成及工藝條件為：NiSO4•6H2O150g／L，NiCl2•6H2O30g／L，H3BO325g／L，Na2SO412．5g／L，十六烷基溴化銨0．5g／L，MoS2微粒（平均粒徑為1～3μm）2～4g／L，pH值4～6，電流密度1．5～3．0A／dm2，攪拌速率200～400r／min，溫度40～60°C，時間5h。1．3性能測試采用CamscanMX2600型掃描電子顯微鏡觀察鍍層的形貌，并分析其成分。采用D／Max－rA型X射線衍射儀對鍍層進行物相分析。采用HVS－1000型顯微硬度計測定鍍層的顯微硬度，載荷為100g，保持時間為10s。采用WTM－2E型可控氣氛微型摩擦磨損試驗儀測試鍍層的摩擦學性能，對磨件為球徑4mm的Si3N4球頭，載荷為50～100g，摩擦半徑為20mm，轉速為50～500r／min。采用Axiover40MAT型金相顯微鏡觀察鍍層的磨損形貌，并探討其磨損機制。

2結果與討論

2．1形貌

圖1為不同MoS2的質量濃度下所得Ni－MoS；復合鍍層的表面形貌。由圖1可知：Ni－MoS2復合鍍層表面凹凸不平，存在孔洞結構。隨著MoS2的質量濃度的增加，鍍層表面的晶粒度增大。由于MoS2的導電性良好，Ni2＋能同時沉積在基體和MoS2微粒表面，使MoS2微粒頂端比其他部位電阻小而產生尖端效應，導致Ni－MoS2復合鍍層出現樹枝狀結晶［4－5］，并因微粒“搭橋”而形成孔洞結構。圖2為不同MoS2的質量濃度下所得Ni－MoS2復合鍍層的截面形貌。由圖2可知：Ni－MoS2復合鍍層與基體結合較好，但表面不夠光滑。隨著MoS2的質量濃度的增加，鍍層的厚度增大。當MoS2的質量濃度為2g／L時，鍍層厚度約為5μm；當MoS2的質量濃度為3g／L時，鍍層厚度約為25μm；當MoS2的質量濃度為4g／L時，鍍層厚度可達80～100μm。

2．2物相和成分分析

圖3為MoS2的質量濃度為4g／L時所得Ni－MoS2復合鍍層的XRD圖。經查閱得知：圖中兩個強衍射峰分別為Ni（111）和Ni（220），說明鍍層中Ni的質量分數較高；其余兩個弱衍射峰為MoS2，說明鍍層中MoS2的質量分數較低。表1為MoS2的質量濃度為4g／L時所得Ni－MoS2復合鍍層的成分。由表1可知：Ni－MoS2復合鍍層與基體的分界面較清晰，隨著距表層深度的增大，鍍層中Ni和Mo的質量分數逐漸下降。在鍍層與基體的分界面位置，鍍層中Ni和Mo的質量分數趨近于零。鍍層中Ni的硬度和強度均比基體的大，與軟質MoS2共同作用，形成了硬基體與軟質點的配合，對固體潤滑劑起到了支撐作用。

2．3顯微硬度

圖4為不同MoS2的質量濃度下所得Ni－MoS2復合鍍層的顯微硬度。同一鍍層表面測量5個點，結果取平均值。由圖4可知：隨著MoS2的質量濃度的增加，Ni－MoS2復合鍍層的顯微硬度逐漸降低。

2．4摩擦學性能

2．4．1摩擦因數與磨損率圖5為不同MoS2的質量濃度下所得Ni－MoS；復合鍍層的摩擦因數隨時間的變化曲線。載荷為0．7N，滑動速率為0．4m／s，干摩擦。由圖5可知：當摩擦副經過前期的跑合階段后，MoS2的質量濃度為2g／L的復合鍍層的摩擦因數穩定在0．47左右，并且隨著MoS2的質量濃度的增加，鍍層的摩擦因數降低。當MoS2的質量濃度達到4g／L時，鍍層的摩擦因數降至0．10～0．20。但隨著摩擦時間的延長，潤滑膜發生轉移和脫落，摩擦因數呈上升趨勢。圖6為不同MoS2的質量濃度下所得Ni－MoS2復合鍍層的磨損率隨載荷的變化曲線。由圖6可知：隨著MoS2的質量濃度的增加，從基體表面脫落的鍍層增多，磨損率呈增大趨勢。2．4．2磨損形貌圖7為不同MoS2的質量濃度下所得Ni－MoS2復合鍍層的磨損形貌。載荷為0．7N，滑動速率為0．4m／s，干摩擦。由圖7可知：當MoS2的質量濃度較低時，雖然磨損率小，但磨損表面的犁溝較明顯，因而摩擦因數較大；隨著MoS2的質量濃度的增加，摩擦接觸面形成了硫化物潤滑膜，此潤滑膜在常溫下具有良好的穩定性及減摩性，在摩擦磨損后期由于溫度升高會形成金屬氧化物，聚集形成潤滑膜（即釉質層）［6］，降低了磨痕深度，使摩擦接觸表面較光滑。

3結論

（1）Ni－MoS2復合鍍層的厚度隨MoS2的質量濃度的增加而增大，但顯微硬度反而下降。當MoS2的質量濃度為4g／L時，Ni－MoS2復合鍍層的厚度約為100μm，顯微硬度約為6070MPa。（2）Ni－MoS2復合鍍層的摩擦因數隨MoS2的質量濃度的增加而降低，而磨損率隨MoS2的質量濃度的增加而升高。當MoS2的質量濃度為4g／L時，摩擦因數約為0．25，磨損率約為3．5×10－3mm3／（N•m）。（3）Ni－MoS2復合鍍層中的MoS2在摩擦過程中形成硫化物潤滑膜，并隨著溫度升高形成金屬氧化物的釉質層，降低了磨痕深度，使摩擦接觸表面更加光滑。

作者：萬軼 李建亮 熊黨生 戴春濤 單位：三江學院